РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ![]() ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ, ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ |
(19)
RU
(11)
(13)
C1
|
|||
|
Статус:
Пошлина: | прекратил действие, но может быть восстановлен
(последнее изменение статуса: 27.07.2017)
учтена за 9 год с 07.11.2015 по 06.11.2016 |
(21)(22) Заявка: 2007140652/03, 06.11.2007 (24) Дата начала отсчета срока действия патента: (45) Опубликовано: 20.07.2009 Бюл. № 20 (56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2297986 C1, 27.04.2007. RU 2225374 C2, 10.03.2004. RU 2036176 C1, 27.05.1995. DE 19297512 B4, 27.04.2006. CZ 20001935 A3, 17.10.2001. Адрес для переписки: |
(72) Автор(ы):
(73) Патентообладатель(и):
|
(54) СПОСОБ ПОДГОТОВКИ БАЗАЛЬТОВОГО СЫРЬЯ
(57) Реферат:
Изобретение относится к технологии получения базальтовых материалов с заданными свойствами. Способ подготовки базальтового сырья включает дробление исходной базальтовой породы, выщелачивание 10÷32% водным раствором соляной кислоты при температуре (20÷100)°С в течение 1.5÷3.5 часов, отделение твердой фазы от раствора и сушку. Выщелачивание проводят при соотношении жидкой фазы к твердой, равном 5÷10:1. Техническая задача изобретения состоит в оптимизации состава отдельного месторождения базальта с попутным извлечением ценных компонентов. 1 табл.
Изобретение относится к технологии получения базальтовых материалов с заданными потребительскими свойствами.
Базальт - это магматическая горная порода, основу которой составляет плагиоклаз лабрадор - изоморфная смесь альбита NaAl[Si3O8] и анортита CaAl2[Si2O8]. Присутствуют также пироксены, представленные, в основном, авгитом - изоморфная смесь диопсида CaMg[Si2O6] и геденбергита СаFе[Si2O6]; оливин - твердые растворы форстерита Mg2[SiO4] и фаялита Fe2[SiO4]; магнетит FеО·Fе2О3 и другие минералы.
Химический состав базальтов различных месторождений колеблется в широких пределах, мас.%: 43÷58 SiO2; 11÷20 Аl2О3; 7÷14 CaO; 4÷14 MgO; 8÷16 FeO+Fe2O3; 1÷5 Na2O.
Свойства изделий из базальта определяются, в первую очередь, исходным составом сырья, который оценивается на основании коэффициента кислотности. Считается, что чем выше значение коэффициента кислотности, тем более устойчиво минеральное волокно к воздействию влаги. С другой стороны, значение коэффициента кислотности > 4 для базальтовых однокомпонентных, не содержащих корректирующих добавок шихт затрудняет плавление и повышает вязкость расплава [Промышленность строительных материалов, серия 6, вып.1-2, Москва-Пермь, 2003, стр.10-11].
Наиболее часто расчет коэффициента кислотности К проводится методом А.Н.Заварицкого и А.С.Гинсберга, по которому К=(SiO2+Аl2О3+TiO2) / (CaO+MgO+Fе2O3+FeO+К2О+Na2O). Очевидно, что регулируя соотношение элементов, входящих в состав базальта, можно влиять на такие свойства расплавов, как вязкость и кристаллизационная способность. Например, кремний и алюминий повышают вязкость и снижают кристаллизационную способность расплавов, а магний и кальций снижают вязкость и повышают кристаллизационную способность расплава. Окислы железа снижают вязкость расплава и температуру плавления шихты. Окислы натрия и калия активно снижают вязкость и расширяют литейный интервал расплава [И.Е.Липовский, В.А.Дорофеев. Основы петрургии. М., Металлургия, 1972 г., стр.26-27].
На практике из базальта конкретного месторождения не всегда можно получить материалы и изделия с заданными потребительскими свойствами без проведения предварительной подготовки исходного сырья путем оптимизации его состава.
Известен способ оптимизации состава базальтового сырья на стадии плавления путем создания в плавильном агрегате определенной среды, окислительной или восстановительной [И.Е.Липовский, В.А.Дорофеев. Основы петрургии. М., Металлургия, 1972 г., стр.24].
К недостатку указанного способа относится то, что возможно лишь регулирование соотношения оксидов двух- и трехвалентного железа.
Известен способ получения минераловатных изделий из базальтосодержащих пород [RU 2149841, 2000], согласно которому, для изменения состава исходного базальта, в измельченную породу вводят добавки из доломита, извести, глины, суглинка, соды и других веществ, т.е. проводят подшихтовку.
Существенным недостатком является то, что собственно изменение состава проходит на стадии плавления базальта. Доломит и известь, являясь тугоплавкими добавками, требуют выдержки расплава при температурах на 50÷250°С выше температуры плавления и непрерывного перемешивания. Глины и суглинки обладают непостоянством химического состава, многокомпонентностью и коротким литейным интервалом, что делает процесс подшихтовки дополнительной ресурсо- и энергозатратной технологической стадией.
Еще одним недостатком является то, что введение в шихту доломита снижает механическую прочность изделий базальтового литья [И.Е.Липовский, В.А.Дорофеев. Основы петрургии. М., Металлургия, 1972 г., стр.50].
Известен способ плавления базальтового сырья [RU 2297986, 2006] (прототип), который включает дробление исходной базальтовой породы известного химического состава, подогрев ее, загрузку в плавильную печь, плавление при температуре 1200÷1300°С, выдерживание расплава в течение 1÷2 часов при указанной температуре для протекания процесса гравитационной дифференциации расплава на легкую и тяжелую фракции. Изменение состава проводят частичным отбором поверхностного слоя легкой, или придонного слоя тяжелой, или обеих фракций в количествах, необходимых для создания в расплаве оптимальных соотношений компонентов.
Недостатками указанного способа являются выдерживание расплава при 1200÷1300°С для протекания процесса гравитационной дифференциации, что требует больших энергозатрат, а также выполнение достаточно сложных операций по дозированному отбору легкой и тяжелой фракций.
Технической задачей является комплексная многовариантная оптимизация состава сырья отдельного базальтового месторождения с попутным извлечением ценных компонентов.
Изобретение направлено на изыскание способа подготовки базальтового сырья для целей производства базальтовых волокон или изделий каменного литья с заданными потребительскими свойствами, расширения области возможного применения базальта отдельно взятого месторождения, а также создание ресурсо- и энергосберегающей технологии изменения состава базальтового сырья.
Технический результат достигается тем, что предложен способ подготовки базальтового сырья путем направленного изменения соотношений компонентов базальта, заключающийся в том, что исходную базальтовую породу дробят, подвергают выщелачиванию 10÷32% водным раствором соляной кислоты при температуре 20÷100°С в течение 1.5÷3.5 часов, твердую фазу отделяют от раствора и сушат.
Целесообразно, что выщелачивание проводят при соотношении жидкой фазы к твердой, равном (5-10):1.
Базальтовую породу дробят до крупности 5-20 мм.
Интервал концентраций хлороводородной кислоты обусловлен тем, что при значениях < 10% степень перехода в раствор отдельных компонентов незначительна, а значение 32% соответствует концентрации соляной кислоты, выпускаемой промышленностью.
Выбор температур обусловлен эффективностью процесса выщелачивания в интервале от комнатной до температуры кипения жидкой фазы.
Продолжительность процесса выщелачивания обусловлена тем, что до 1.5 часов он проходит интенсивно, а после 3.5 часов заметного повышения степени перехода базальта в раствор не наблюдается.
Оставшуюся твердую фазу отделяют центрифугированием и сушат до остаточной влажности 5÷10%.
Соотношение жидкой фазы к твердой определяется тем, что при Ж:Т меньше пяти наблюдается дефицит хлор-иона, а увеличение соотношения Ж:Т свыше 10 не приводит к существенному повышению степени выщелачивания компонентов базальтового сырья.
Заявленный способ реализуется следующим образом.
Исходное базальтовое сырье известного химического состава подвергают дроблению, после чего выщелачивают 10÷32 мас.% НСl в течение 1.5÷3.5 часов при перемешивании и температуре 20÷100°С, желательно при соотношении Ж:Т от 5:1 до 10:1, отделяют твердую фазу от раствора, которую высушивают.
Способ позволяет направленно изменять соотношения компонентов базальтового сырья определенного месторождения для достижения различных качественных показателей и получить однокомпонентную базальтовую шихту, готовую для целевого использования в производстве различных типов волокон, либо изделий каменного литья. Направленность процесса подготовки сырья определяется тем, что степени перехода отдельных компонентов в раствор определяются конкретными условиями выщелачивания.
Ниже приведены примеры осуществления способа подготовки базальтового сырья. Примеры иллюстрируют, но не ограничивают предложенный способ.
Выбор технологических параметров в приведенных Примерах сделан на основании выполненных нами экспериментальных исследований по выщелачиванию базальтов различных месторождений России хлороводородной кислотой. Результаты этих исследований сведены в Таблицу "Усредненные значения коэффициентов выщелачивания (Квыщ.) оксидов основных элементов, входящих в состав базальта, раствором хлористоводородной кислоты".
Пример 1. 100 кг сырья месторождения Свиягинское (Приморский край), содержащего, мас.%: SiO2 - 41,78; Аl2О3 - 13,85; TiO2 - 2,02; CaO -10,32; MgO - 12,94; Fе2O3+FeO - 14,20; К2О - 0,99; Na2O - 0,83, прочие 3,07; и имеющего коэффициент кислотности 1,47, подвергают дроблению до крупности 2÷20 мм и выщелачивают при соотношении Ж:Т=5:1 в течение 1,5 часов 10 мас.% НСl при 100°С. Отделенный от раствора твердый осадок представляет собой однокомпонентную базальтовую шихту с коэффициентом кислотности 4,28, содержащую, мас.%: SiO2 - 65,18; Аl2О3 - 13,24;
TiO2 - 2,65; CaO - 6,75; MgO - 1,90; Fе2О3+FeO -7,67; К2O - 1,60; Na2O - 1,01. Полученная однокомпонентная шихта пригодна для производства тонких, супертонких и непрерывных волокон.
Таблица | |||||||||
Компонент | Температура выщелачивания, °С | ||||||||
20 | 70 | 100 | |||||||
Усредненный коэффициент выщелачивания (Квыщ.) при концентрации НСl, мас.% 10; 18; 32 | |||||||||
10 | 18 | 32 | 10 | 18 | 32 | 10 | 18 | 32 | |
SiO2 | 0,036 | 0,039 | 0,0255 | 0,047 | 0,0083 | 0,0092 | 0,046 | 0,013 | 0,0086 |
Аl2О3 | 0,130 | 0,150 | 0,130 | 0,280 | 0,290 | 0,210 | 0,415 | 0,450 | 0,400 |
TiO2 | 0,060 | 0,120 | 0,070 | 0,170 | 0,180 | 0,120 | 0,200 | 0,180 | 0,170 |
CaO | 0,345 | 0,300 | 0,380 | 0,480 | 0,520 | 0,480 | 0,600 | 0,620 | 0,605 |
MgO | 0,720 | 0,885 | 0,810 | 0,840 | 0,920 | 0,850 | 0,910 | 0,975 | 0,980 |
FеО+Fе2О3 | 0,470 | 0,540 | 0,520 | 0,610 | 0,630 | 0,610 | 0,670 | 0,700 | 0,700 |
К2O | 0,110 | 0,050 | 0,030 | 0,092 | 0,0011 | 0,0006 | 0,0014 | 0,0014 | 0,0013 |
Na2O | 0,048 | 0,060 | 0,044 | 0,150 | 0,150 | 0,970 | 0,260 | 0,260 | 0,230 |
Пример 2. 100 кг сырья месторождения Первоуральское (Свердловская обл.), содержащего, мас.%: SiO2 - 39,77; Аl2О3 - 16,13; TiO2 - 1,27; CaO - 10,52; MgO - 12,26; Fе2О3+FeO - 16,58; К2О - 1,34; Na2O - 1,43, прочие 3,14; и имеющего коэффициент кислотности 1,33, подвергают дроблению до крупности 2÷20 мм и выщелачивают при соотношении Ж:Т=7,5:1 в течение 2,5 часов 18 мас.% НСl при 70°С. Отделенный от раствора твердый осадок представляет собой однокомпонентную базальтовую шихту с коэффициентом кислотности 2,99, содержащую, мас.%: SiO2 - 56,99; Аl2О3 - 16,46;
TiO2 - 1,50; CaO - 7,28; MgO - 1,39; Fе2О3+FeO - 12,90; К2О - 1,73; Na2O - 1,75. Полученная однокомпонентная шихта пригодна для получения микрокристаллического волокна с температурой применения до 1000°С.
Пример 3. 100 кг сырья месторождения Булатовское (Архангельская обл.), содержащего, мас.%: SiO2 - 47,24; Аl2O3 - 11,41; TiO2 - 0,30; CaO - 9,80; MgO - 15,90; Fе2О3+FeO - 12,01; К2О - 0,41; Na2O - 1,23, прочие 1,72; и имеющего коэффициент кислотности 1,50, подвергают дроблению до крупности 2÷20 мм и выщелачивают при соотношении Ж:Т=10:1 в течение 3,5 часов 32 мас.% НСl при 20°С. Отделенный от раствора твердый осадок представляет собой однокомпонентную базальтовую шихту с коэффициентом кислотности 3,43, содержащую, мас.%: SiO2 - 62,72; Аl2O3 - 13,90;
TiO2 - 0,39; CaO - 8,52; MgO - 4,23; Fе2О3+FeO - 8,01; К2О - 0,58; Na2O - 1,65. Полученная однокомпонентная шихта пригодна для производства высококачественных волокон и изделий каменного литья.
Растворы выщелачивания после регенерации избыточной хлороводородной кислоты могут быть подвергнуты переработке существующими методами с получением огнеупоров на основе оксида магния, алюмосодержащих коагулянтов, оксидов железа и др.
Регулируя условия выщелачивания, осуществляют комплексное многовариантное оптимизирование состава сырья отдельного месторождения и получают однокомпонентную шихту с требуемым коэффициентом кислотности для производства различных видов базальтовых изделий, а также попутно извлекают ценные компоненты.
Формула изобретения
Способ подготовки базальтового сырья, включающий дробление исходной базальтовой породы, выщелачивание 10÷32%-ным водным раствором соляной кислоты при температуре (20÷100)°С в течение 1,5÷3,5 ч, отделение твердой фазы от раствора и сушку, причем выщелачивание проводят при соотношении жидкой фазы к твердой, равном 5÷10:1.
ИЗВЕЩЕНИЯ
MM4A Досрочное прекращение действия патента из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 07.11.2016
Дата внесения записи в Государственный реестр: 19.07.2017
Дата публикации: 19.07.2017